[컨트롤러] PWM과 MPPT는 무슨 차이인가요?

1. PWM 과 MPPT 충전방식의 차이점

PWM 과 MPPT  컨트롤러는 둘 다 오프 그리드 태양광 산업(Off-grid)에서 널리 사용되고 있으며, 태양 전지 어레이 / 패널에서 배터리를 충전에 효율적으로 사용할 수 있습니다. 

PWM 과 MPPT 컨트롤러 중 선택방법은 한쪽이 더 좋다가 아닌, 시스템 설계시 최적의 조건으로 하셔야 합니다.

PWM과 MPPT 충전의 차이를 설명하기 위해서 먼저 기본사항을 설명드리겠습니다.

아래에서 PV패널의 I-V곡선에서 볼 수 있습니다.(그림1)

I-V곡선은 전력 발생에 전압(V) 와 전류(I)의 관계곡선으로, 전류와 전압의 최적 비율 상태를 “최대전력점(MPP)”라고 합니다. 이 MPP는 하루에 동적으로 변동됩니다.

(그림1) 태양전지 I-V 곡선

2. PWM 충전방식

PWM(진폭변조방식:Pulse-Width Modulation) 컨트롤러는 충전하는 동안 태양전지모듈 / 어레이와 동일한 전류를 허용합니다. 이 방식은 컨트롤러가 배터리 전압이 일정 수준에 도달하기 쉽게 합니다. (빠른 충전)

배터리가 일정 전압에 접근하면 충전 컨트롤러는 배터리를 태양전지와 연결하였다가 다시 배터리를 분리하여 배터리 전압을 일정하게 유지하도록 제어합니다. 이 빠른 스위칭을 PWM이라고 하며,  태양전지모듈 / 어레이에 의해 과충전되는 것을 방지하면서 배터리가 효율적으로 충전되도록 합니다. (그림2)

(그림2 PWM 충전컨트롤러)

PWM 컨트롤러는 최대 전력 점에 가깝게 작동하지만 종종 그보다 약간 "위에"위치합니다. 작동 범위의 예가 아래에 나와 있습니다. (그림3)

(그림3 PWM충전컨트롤러 I-V곡선)

3. MPPT 충전방식

MPPT(최대전력점추적:Maximum Power Point Tracking) 컨트롤러는 태양전지모듈과 배터리 간의 간접 연결을 특징으로 합니다.

태양전지모듈과 배터리 사이에 DC-DC 변환기가 포함이 되어있어서 전력 손실없이 더 낮은 전압에서도 여분의 전류로 변환 할 수 있습니다.(그림4)

(그림4. MPPT충전컨트롤러)

MPPT 컨트롤러는 입력되는 전압을 조정하여 태양전지모듈의 최대 전력 점을 찾아서 가장 효율적인 전력량을 유지하는 알고리즘방식으로 충전합니다. (그림1, 그림3 참조)

MPPT 컨트롤러가 가장 효율적으로 이용되는 경우는 구름, 나무, 눈에 의해서 그림자가 생겨 여러 개의 최대 전력을 나타낼 경우 입니다. 이 경우에도 실제 최대 전력 생산 포인트는 한 곳일 수 밖에 없습니다만 PWM에서는 이 포인트를 잘 찾지 못해서 충전량이 떨어집니다. MPPT는 최대출력지점을 빠르고 정확하게 찾아내어 자원의 손실을 줄이고 모듈의 효용가치를 최대로 높여주는 작업을 합니다.(그림5 참조)

(그림5 그림자가 생긴 경우의 태양전지 I-V곡선)

4. PWM과 MPPT 충전컨트롤러 장단점

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